[发明专利]一种具有多孔结构的三元正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有多孔结构的三元正极材料及其制备方法，所述三元正极材料的化学式为：LiNi_xCo_yMn_1‑x‑yO₂，其中，0.5＜x＜1，0＜y＜0.3，x+y＜1；该三元正极材料的制备方法如下：(1)将镍盐、钴盐和锰盐溶于混合溶剂中，并加入尿素，得到混合液，将混合液移入水热反应釜中，于120～240℃反应8～40h；反应完成后，得到产物过滤、洗涤、真空干燥，并在400～600℃下初步煅烧1～6h，得到中间体；(2)将步骤(1)得到的中间体与过量的氢氧化锂烧结，即得多孔结构的纺锤状三元正极材料。本发明的工艺简单，反应条件可控，产品质量稳定，结晶性好，尺寸均匀；本发明所得具有三元正极材料，具有较高的能量密度的同时也具有较大的比表面积。

技术领域

本发明涉及一种具有多孔结构的三元正极材料及其制备方法，属于电极材料技术领域。

背景技术

锂离子电池由于能量密度高、循环寿命长、环境友好等优点，广泛应用于各种小动力电动汽车和各种便携式电子设备。正极材料是影响锂离子电池性能的重要因素，决定了锂离子电池的种类和40％以上的材料成本。目前，钴酸锂(LiCoO₂)是主流的商业化正极材料，但其实际比容量较低，钴价格昂贵有毒性，限制了它的进一步应用。近些年来，通过用电化学活性的Ni和Mn来代替Co形成三元正极材料LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂，具有良好电化学性能和应用前景。其中，富镍层状镍钴锰复合嵌锂氧化物LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂(x≥0.5)的可逆容量高达200mAh·g^-1，工作电压区间2.7～4.6V，理论能量密度大于670Wh·Kg^-1，而且，随着材料中Ni含量的增加，材料的放电比容量将随之增大，是实现300Wh·Kg^-1以上级别动力电池较好的候选正极材料，因此被认为是具有发展前景的动力锂离子电池正极材料。

传统的固相法和共沉淀法合成的三元正极材料具有以下缺陷：(1)二次颗粒相对较致密，比表面积较低，其制成正极片后与电解液的接触面积较低，降低了锂离子的传输，影响容量的发挥，使倍率性能下降；(2)正极材料的颗粒在锂离子脱嵌过程中对材料结构的应力应变不足，在经多次循环后，容易因应力应变而产生裂纹，造成材料结构的破坏，使电化学性能恶化。

CN 108539192A公开了一种不同形貌锂离子电池高压正极材料的制备方法，该发明通过不同的分散剂可以控制得到不同形貌的电池材料，但是制成电池的容量较低，首次放电比容量不超过150mAh/g。

发明内容

本发明解决的一个技术问题是，提高正极材料的性能，特别是电化学性能，使材料既具有较高的能量密度也具有较大的比表面积。

本发明解决的另一个技术问题是，通过一种简便的合成上述三元正极材料。

本发明的技术方案是，提供一种具有多孔结构的三元正极材料的制备方法，所述三元正极材料的化学式为：LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂，其中，0.5＜x＜1，0＜y＜0.3，x+y＜1；该三元正极材料的制备方法如下：

(1)将镍盐、钴盐和锰盐溶于混合溶剂中，并加入尿素作为沉淀剂，得到混合液，将混合液移入水热反应釜中，于120～240℃反应(混合溶剂热反应)8～40h；反应完成后，得到产物过滤、洗涤、真空干燥，并在400～600℃下初步煅烧1～6h，得到中间体；

其中，混合溶剂由体积比为1:0.1～10的水与醇组成；镍盐、钴盐和锰盐的总浓度为0.01～0.10mol/L；尿素的浓度为镍盐、钴盐和锰盐的总浓度的2～5倍；